§ 61. Колонны, станины, фундаменты.
Назначение станины — удерживать полярную ось телескопа в строго определенном положении без медленных смещений и без вибраций. Для того чтобы предотвратить вибрации, станина или колонна телескопа должна быть достаточно жесткой.
В целом телескоп можно рассматривать как консоль сложной формы с «защемлением» в плоскости опоры станины на фундамент. При равномерно распределенной нагрузке (например, при порывах ветра) изгибающий момент возрастает сверху вниз пропорционально квадрату длины этой консоли.
Поэтому жесткость всех узлов монтировки должна возрастать пропорционально квадрату высоты сверху вниз. Это вынуждает увеличивать сечения деталей монтировки при переходе от трубы телескопа к оси склонений, к полярной оси, к корпусу полярной оси, к колонне и опорам, или к станине, если телескоп не имеет колонны.
В тех случаях, когда телескоп снабжен приспособлением для регулирования наклона полярной оси в больших пределах, хорошо снабдить его небольшим опорным стержнем, который вместе с корпусом полярной оси и колонны образует треугольник — фигуру, значительно более жесткую, чем просто угол «колонна — корпус оси». Снабдив монтировку этим стержнем, мы добьемся большой жесткости при перемещении оси в плоскости меридиана. Однако жесткость в перпендикулярном направлении, например при порывах западного или восточного ветра, не возрастет. Единственный способ получить достаточную жесткость в этом направлении — резко увеличить толщину пластин, связывающих корпус полярной оси и колонны. Для 110-миллиметрового телескопа с фокусным расстоянием 1000-1200 мм толщина этих пластин, отлитых из алюминия, может быть около 12-15 мм, для телескопа диаметром 150 мм, особенно если это фотографический телескоп, толщина пластин должна быть увеличена до 30 мм. Важно также отметить, что жесткость узла возрастает, если в одинаковой мере уменьшится длина этих пластин
Рис. 76.
Основание монтировки телескопа из
стальных труб.
Диаметр стальной трубы колонны также имеет большое значение. Для визуального 110-миллиметрового рефлектора он должен быть около 60-70 мм. Для фотографического рефлектора диаметром 150 мм диаметр стальной трубы — колонны должен быть увеличен до 120 мм, В обоих случаях имеется ввиду, что высота колонны составляет примерно 700-800 мм. При увеличении высоты колонны надо увеличить и ее диаметр приблизительно пропорционально корню квадратному из увеличения высоты. Например, при увеличении высоты колонны в 2 раза, ее диаметр нужно увеличить в 1,4 раза.
Особо опасный узел — место крепления ног колонны к собственно колонне. Ноги обычно представляют собой консоли с большим сечением возле колонны. Здесь надо помнить как об изгибе при простом наклоне колонны, так и при кручении колонны вокруг ее оси. Эта деформация возникает, например, в тех случаях, когда сила (прикосновение наблюдателя или порыв ветра) действует горизонтально на трубу телескопа, направленную под небольшим углом к горизонту.
Однако для телескопов более 150 мм в диаметре желательно исключить колонну, установив корпус полярной оси прямо на основание (рис. 76). Это полезно для увеличения жесткости, а также и потому, что окулярный узел, расположенный на верхнем конце сравнительно длинной трубы, становится трудно доступным, когда телескоп направлен в зенит.
Примечательно, что в этом случае регулировка наклона полярной оси может быть выполнена в небольших пределах (обычно несколько градусов). Устройство для наклона представляет собой один опорный винт, который располагается на южном конце станины. Для того чтобы установить полярную ось в плоскости меридиана, надо, чтобы станина могла в небольших пределах поворачиваться по азимуту. Для этого две северные опоры делают в виде двух роликов, оси вращения которых пересекаются на опорном южном винте. Между этими роликами на станине помещается небольшая консоль длиной 30-50 мм. На фундаменте телескопа устанавливаются два винта, между которыми и размещается эта консоль. Вращая винты в ту или иную сторону, мы поворачиваем всю станину с полярной осью к западу или востоку.
О способах точной установки полярной оси можно прочесть в инструкциях для астрономических наблюдений.
Последнее звено между телескопом и грунтом, на котором он стоит — фундамент. Для небольшого телескопа на колонне достаточно забетонировать или выложить кирпичом небольшую площадку, на которую во время наблюдений ставится телескоп.
Можно и небольшой телескоп сделать без колонны, установив его на станине, которая на время наблюдений помещается на бетонный или кирпичный столб, заменяющий колонну. Особенно это полезно для переносных телескопов, так как вес уменьшается.
Наконец, для больших, особенно фотографических телескопов фундамент совершенно необходим. Диаметр фундамента зависит прежде всего от высоты его вершины над уровнем земли. Не вдаваясь в подробности, приведем таблицу с примерными значениями диаметра круглого в сечении фундамента (в метрах) в зависимости от его высоты и требований к жесткости телескопа в целом, которая в свою очередь зависит от действующего диаметра зеркала и назначения телескопа (табл. 13).
Лучший материал для фундамента — бетон или кирпичная кладка. Для невысоких фундаментов с малыми диаметрами можно с успехом применять круглые асбоцементные или стальные трубы. После установки трубы на место ее нужно заполнить щебнем или кирпичным боем, заливая через каждые 25-30 см цементно-песчаный раствор.
Глубина закладки фундамента зависит от состава и состояния грунта. На скальных грунтах фундамент можно устанавливать прямо на поверхности, сняв только слой дерна. На песчаных, супесчаных, суглинистых и глинистых грунтах глубина заложения фундамента принимается на 10 см ниже глубины промерзания грунта. Так, в районе Новосибирска она составляет 2,2 м и 2,0 м в городе и сельской местности соответственно; в Москве глубина промерзания грунта составляет 1,4 м. Особенно важно это условие выполнять, если грунты влажные, глинистые (так называемые пучинистые). В сухих грунтах, особенно песчаных и супесчаных, возможна меньшая глубина заложения фундамента (в соответствии с многолетним опытом местного строительства). Для того чтобы предотвратить неравномерное оседание грунта под тяжестью фундамента, нужно, чтобы нагрузка на грунт не превышала допустимую. Чтобы узнать удельную нагрузку на каждый квадратный сантиметр грунта, надо вес фундамента с телескопом разделить на площадь основания фундамента. Например, телескоп весит 50 кг, фундамент телескопа имеет высоту 4 м при диаметре 0,6 м. Объем фундамента 1,13 м2. При объемном весе бетона 1,6 т/м3 вес фундамента составит 1,8 т. Очевидно, что при таком массивном фундаменте весом телескопа можно пренебречь. Разделив вес фундамента на площадь его основания получаем давление на грунт, оно равно 0,64 кг/см2. Из табл. 14 (сопротивление грунта в кг/см2) видно, что такое давление допустимо даже при самом слабом грунте.
Таблица 13
Высота фундамента, м |
Фотографирование с окулярным увеличением |
Визуальные наблюдения |
Фотографирование в ньютоновском фокусе |
|||
150 мм |
300 мм |
150 мм |
300 мм |
150 мм |
300 мм |
|
1 |
0,2 |
0,25 |
0,16 |
0,20 |
0,12 |
0,15 |
2 |
0,4 |
0,50 |
0,32 |
0,40 |
0,25 |
0,30 |
3 |
0,60 |
0,75 |
0,50 |
0,60 |
0,36 |
0,45 |
4 |
0,80 |
1,00 |
0,64 |
0.80 |
0,50 |
0,60 |
6 |
1,20 |
1,50 |
0,96 |
1,20 |
0,72 |
0,90 |
10 |
2,00 |
2,50 |
1,00 |
2,00 |
1,20 |
1,50 |
Одна из самых неприятных проблем -- проблема микровибраций грунта прежде всего от проходящего поблизости транспорта, работающих тяжелых механизмов и т. п.
Таблица 14
Наименование грунта |
Состояние грунта |
|
твердое |
пластичное |
|
Щебень кристаллических пород |
5 |
-- |
Щебень осадочных пород |
3 |
-- |
Пески крупные |
4 |
-- |
Пески мелкие |
2,5 |
1,5 |
Пески пылеватые |
1,5 |
1,0 |
Супесь |
2,5 |
2,0 |
Суглинок |
2,0 |
1,0 |
Глина |
2,5 |
1,0 |
С этой точки зрения спасение состоит в малой высоте фундамента. У 150-миллиметрового телескопа, установленного на жесткой подставке высотой 50 см над поверхностью Земли на расстоянии 200 м от Транссибирской магистрали, вибрация, вызванная проходящими поездами, была не более 2-3". Тот же телескоп, установленный на полу четвертого этажа у самой стены, где вибрации пола сведены к минимуму, имел вибрацию 20-30" от поездов, проходящих на расстоянии 1 км. К сожалению, волнение приземных слоев воздуха сильно портит изображения, и это заставляет поднимать телескоп на высоту хотя бы 2-3 м от поверхности Земли. Таким образом, в выборе высоты фундамента телескопа любителю всегда приходится идти на компромисс.
1 Для обработки зеркала можно воспользоваться также специальным станочком, предложенным Л.М. Шемякиным. Описание станочка можно найти в дополнениях к книге М.С. Навашина «Телескоп астронома-любителя» (3-е изд., перераб. и доп, — М.: Наука, 1975) либо в статье А.Н. Подъяпольского, М.М. Шемякина и Г.В. Шуваева «Изготовление самодельного телескопа-рефлектора», помещенной в «Астрономическом календаре» на 1980 год. (Прим. ред.)